關(guān)于中壓配電網(wǎng)過(guò)電壓保護(hù)與絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)的研究

陳耀孫

【摘 要】配電網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，對(duì)于普及供電有著重要的作用，其在輸電供電過(guò)程中，主要起到的作用就是分配電能。配電網(wǎng)上裝備許多個(gè)精密儀器，各個(gè)儀器有著其各自的作用，不能產(chǎn)生干擾，所以各儀器間的絕緣配合十分重要，為防止出現(xiàn)過(guò)電壓的問(wèn)題，本研究就中壓配電網(wǎng)的過(guò)電壓保護(hù)與絕緣配合進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

【關(guān)鍵詞】中壓配電網(wǎng)；過(guò)電壓；絕緣配合

0 引言

過(guò)電壓和絕緣配合對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)是一個(gè)相對(duì)陌生的概念，所以本研究先從概念講起，簡(jiǎn)要闡述一些過(guò)電壓和絕緣配合常見(jiàn)的種類和分類方法，以及過(guò)電壓的危害等一系列的內(nèi)容，對(duì)于從事相關(guān)職業(yè)的人員來(lái)說(shuō)，這是一份有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的簡(jiǎn)單總結(jié)，對(duì)于普通人來(lái)講，可以當(dāng)作科普簡(jiǎn)要了解。

1 常見(jiàn)過(guò)電壓種類

1.1 過(guò)電壓的概念

過(guò)電壓是配電網(wǎng)上常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，從定義上來(lái)講，過(guò)電壓是指工頻下交流電壓均方根值升高，超過(guò)額定值的10%，并且持續(xù)時(shí)間大于1分鐘的長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。過(guò)電壓在配電網(wǎng)上是一種需要被預(yù)防或者被消除的現(xiàn)象，因?yàn)檫^(guò)電壓的存在有很大的危害，變頻器過(guò)電壓主要是指其中間直流回路過(guò)電壓，主要危害是引起電動(dòng)機(jī)磁路飽和。對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電壓過(guò)高必然使電動(dòng)機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，從而引起電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高。第二，損害電動(dòng)機(jī)絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過(guò)大，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣壽命有很大的影響。第三，對(duì)中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過(guò)電壓值限定在一定的允許范圍內(nèi)，一旦其電壓超過(guò)限定值，變頻器的過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。過(guò)電壓的出現(xiàn)通常是負(fù)荷投切的瞬間的結(jié)果。正常使用時(shí)在感性或容性負(fù)載接通或斷開(kāi)情況下發(fā)生。因此，在預(yù)防過(guò)電壓的產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)該避免出現(xiàn)負(fù)電荷投切效果。電力系統(tǒng)在特定條件下所出現(xiàn)的超過(guò)工作電壓的異常電壓升高，屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。電工設(shè)備的絕緣長(zhǎng)期耐受著工作電壓，同時(shí)還必須能夠承受一定幅度的過(guò)電壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。研究各種過(guò)電壓的起因，預(yù)測(cè)其幅值，并采取措施加以限制，是確定電力系統(tǒng)絕緣配合的前提，對(duì)于電工設(shè)備制造和電力系統(tǒng)運(yùn)行都具有重要意義。

1.2 雷電過(guò)電壓

外過(guò)電壓？又稱雷電過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓。由大氣中的雷云對(duì)地面放電而引起的。分直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種。雷電過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。直擊雷過(guò)電壓是雷閃直接擊中電工設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過(guò)電壓。雷閃擊中帶電的導(dǎo)體？，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱為直接雷擊。雷閃擊中正常情況下處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電的導(dǎo)體放電稱為反擊。直擊雷過(guò)電壓幅值可達(dá)上百萬(wàn)伏，會(huì)破壞電工設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。感應(yīng)雷過(guò)電壓是雷閃擊中電工設(shè)備附近地面，在放電過(guò)程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過(guò)電壓。因此，架空輸電線路需架設(shè)避雷線和接地裝置等進(jìn)行防護(hù)。通常用線路耐雷水平和雷擊跳閘率表示輸電線路的防雷能力。

1.3 振諧過(guò)電壓

內(nèi)過(guò)電壓？電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行方式發(fā)生改變而引起的過(guò)電壓。有暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。暫態(tài)過(guò)電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)渡過(guò)程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過(guò)電壓？，又稱工頻電壓升高。常見(jiàn)的有：①空載長(zhǎng)線電容效應(yīng)（費(fèi)蘭梯效應(yīng)）。在工頻電源作用下，由于遠(yuǎn)距離空載線路電容效應(yīng)的積累，使沿線電壓分布不等，末端電壓最高。②不對(duì)稱短路接地。三相輸電線路a相短路接地故障時(shí)？，b、c？相上的電壓會(huì)升高。③甩負(fù)荷過(guò)電壓，輸電線路因發(fā)生故障而被迫突然甩掉負(fù)荷時(shí)，由于電源電動(dòng)勢(shì)尚未及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)而引起的過(guò)電壓。操作過(guò)電壓是由于進(jìn)行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的衰減較快持續(xù)時(shí)間較短的過(guò)電壓，常見(jiàn)的有：①空載線路合閘和重合閘過(guò)電壓。②切除空載線路過(guò)電壓。③切斷空載變壓器過(guò)電壓。④弧光接地過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中電感、電容等儲(chǔ)能元件在某些接線方式下與電源頻率發(fā)生諧振所造成的過(guò)電壓。一般按起因分為：①線性諧振過(guò)電壓。②鐵磁諧振過(guò)電壓。③參量諧振過(guò)電壓。

2 絕緣配合常用的方法

2.1 絕緣配合簡(jiǎn)介

作用在電工設(shè)備上的電壓是指正常運(yùn)行條件下的工作電壓和各種過(guò)電壓，后者包括暫時(shí)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓等。為了經(jīng)濟(jì)合理地設(shè)計(jì)輸電線路和電工設(shè)備絕緣，電力系統(tǒng)中一般采取專用設(shè)備和裝置以限制過(guò)電壓。絕緣水平是電工設(shè)備能夠耐受的試驗(yàn)電壓值：①短時(shí)工頻耐受電壓值。②雷電沖擊耐受電壓值。③操作沖擊耐受電壓值。④長(zhǎng)時(shí)間工頻試驗(yàn)電壓值。這些試驗(yàn)電壓的波形、數(shù)值、施加方法、時(shí)間、次數(shù)等，各國(guó)都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定。

2.2 絕緣配合簡(jiǎn)介

按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過(guò)電壓”和設(shè)備的“最小絕緣強(qiáng)度”的概念進(jìn)行絕緣配合的習(xí)慣方法。首先需確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的最危險(xiǎn)的過(guò)電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受強(qiáng)度，然后根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選擇一個(gè)配合系數(shù)作為這兩種電壓的比值，以補(bǔ)償在估計(jì)最大過(guò)電壓和絕緣最低耐受強(qiáng)度時(shí)的誤差及增加一定的安全逾度，最后確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。慣用法簡(jiǎn)單明了，但無(wú)法估計(jì)絕緣故障的概率以及此概率與配合系數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣的要求偏嚴(yán)。由于對(duì)非自恢復(fù)絕緣放電概率測(cè)定的費(fèi)用太高，因此只能使用慣用法。目前，對(duì)220千伏及以下的電工設(shè)備，通常仍采用慣用法。例如，電力變壓器都用避雷器保護(hù)。避雷器限制雷電過(guò)電壓的能力常用避雷器保護(hù)水平表示。變壓器耐受雷電沖擊的絕緣水平 （BIL）需高出避雷器的保護(hù)水平，兩者的比值稱為配合系數(shù)。中國(guó)一般采用的配合系數(shù)值是1.4。對(duì)于500千伏變壓器，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）規(guī)定，配合系數(shù)需等于或大于1.2。

2.3 統(tǒng)計(jì)法

根據(jù)過(guò)電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，合理地確定絕緣水平。統(tǒng)計(jì)法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。困難在于隨機(jī)因素較多，某些統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待認(rèn)識(shí)。從過(guò)電壓幅值與絕緣抗電強(qiáng)度都是隨機(jī)變量的事實(shí)出發(fā)，根據(jù)過(guò)電壓幅值及絕緣閃絡(luò)電壓的統(tǒng)計(jì)特性，算出絕緣故障率。改變敏感的影響因素，使故障率達(dá)到可以被接受的程度，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的基礎(chǔ)上，合理地確定絕緣水平。這種方法不僅能定量地給出絕緣配合的安全程度，還可以按照設(shè)備折舊費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)及事故損失費(fèi)三者總和最小的原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前研究得比較多的是以過(guò)電壓幅值的概率分布為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)法。在超高壓電力系統(tǒng)中降低絕緣水平有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。自恢復(fù)絕緣的絕緣強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)特性相對(duì)比較容易獲得。70年代以來(lái)，國(guó)際上推薦對(duì)超高壓電力系統(tǒng)的自恢復(fù)絕緣采用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行絕緣配合。

統(tǒng)計(jì)法的困難在于隨機(jī)因素較多，某些隨機(jī)因素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律還有待積累資料與認(rèn)識(shí)，低概率密度部分的資料比較難取得。目前算出的故障率，通常比實(shí)際的大很多，還有待在應(yīng)用中不斷完善。

3 結(jié)束語(yǔ)

絕緣配合的統(tǒng)計(jì)法還有簡(jiǎn)化版，簡(jiǎn)化版的數(shù)據(jù)比較容易收集和分析，故操作難度比較小，但是統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)化版的缺點(diǎn)是重要問(wèn)題在于精度不高，所以并沒(méi)有完全代替統(tǒng)計(jì)法使用。中壓配電網(wǎng)的過(guò)電壓保護(hù)以及絕緣配合是一種很重要的維護(hù)手段，如果出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象而沒(méi)有及時(shí)處理好，很有可能導(dǎo)致某些儀器甚至整個(gè)配電網(wǎng)壽命的縮短，而配電網(wǎng)通常處于室外，所以，做好絕緣配合是一件非常重要的事情。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李美玉.中壓配電網(wǎng)過(guò)電壓現(xiàn)象分析[J].線路電路，2016，（65）.

[2]張磊.中壓配電絕緣配合簡(jiǎn)析[J].電路安全，2016，（27）.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint